Fundamentos de Química: Átomos, Iones y Enlaces Químicos Explicados

Conceptos Atómicos Fundamentales

El número atómico (Z) es el número de protones que posee un átomo en su núcleo. El número másico (A) es el número de nucleones (protones y neutrones) que posee un átomo en su núcleo. Generalmente, un átomo se representa con su símbolo químico, acompañado del número atómico y el número másico.

Iones: Cationes y Aniones

Un catión es un átomo o molécula con carga eléctrica neta positiva. El catión se forma cuando el átomo o molécula pierde electrones. Un anión es un átomo o molécula con carga eléctrica neta negativa. El anión se forma cuando el átomo o molécula gana electrones.

Enlaces Químicos: La Unión entre Átomos

Un enlace químico es la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos para formar moléculas o estructuras cristalinas. Existen principalmente tres tipos de enlace químico:

• Enlace iónico: Se forma entre un metal y un no metal. Ejemplo: el cloruro de sodio (NaCl).
• Enlace covalente: Se forma entre dos no metales. Ejemplo: el agua (H₂O).
• Enlace metálico: Se forma entre átomos de un mismo metal. Ejemplo: el cobre (Cu).

Formación de la Molécula de Hidrógeno (H₂): Un Ejemplo de Enlace Covalente

¿Cómo se unen dos átomos de hidrógeno para formar una molécula de hidrógeno H₂?

El átomo de hidrógeno, con número atómico Z=1, tiene un protón en su núcleo y, por lo tanto, un electrón en su primera capa electrónica (capa K). Los átomos tienden a completar su última capa electrónica para adquirir una configuración electrónica estable, similar a la del gas noble más cercano en la tabla periódica (ya sea ganando, perdiendo o compartiendo electrones). En el caso del hidrógeno, la capa K se completa con dos electrones.

Al acercarse dos átomos de hidrógeno, cada uno comparte su único electrón con el otro. De esta forma, cada átomo aporta un electrón al enlace, y el par de electrones compartidos pertenece simultáneamente a ambos átomos. Este par de electrones compartidos constituye un enlace covalente.

El Enlace Metálico: Mar de Electrones

¿Cómo se forma el enlace metálico?

En un enlace metálico, cada átomo metálico cede uno o más electrones de su última capa (electrones de valencia). Estos electrones se deslocalizan y no pertenecen a un átomo específico. Los cationes metálicos (átomos que han perdido electrones y tienen carga positiva) se ordenan en el espacio formando una estructura cristalina o red metálica. Los electrones cedidos se mueven libremente a través de esta red, formando lo que se conoce como una "nube electrónica" o "mar de electrones". Esta nube electrónica actúa como un "cemento" que mantiene unidos a los cationes metálicos, evitando su repulsión.

Cálculos Atómicos: Masa Atómica

Cálculo de la Masa de un Átomo de Magnesio

Ejercicio: Si una unidad de masa atómica (u) equivale a 1,66 × 10^-27 kg, calcula la masa de un átomo de magnesio.

Dato: La masa atómica del magnesio es M.a.(Mg) = 24,31 u.

Solución:

La masa de un átomo de magnesio (Mg) se calcula multiplicando su masa atómica en 'u' por el equivalente de una 'u' en kilogramos:

m(Mg) = 24,31 u × (1,66 × 10^-27 kg / 1 u)

m(Mg) = 24,31 × 1,66 × 10^-27 kg

m(Mg) = 40,3546 × 10^-27 kg

m(Mg) ≈ 4,04 × 10^-26 kg

Formación de Iones: El Caso del Cloro

Explicación del Proceso de Formación del Ion Cloruro (Cl^-)

El átomo de cloro (Cl), en su estado neutro, posee siete electrones en su capa de valencia (la capa más externa que contiene electrones). De acuerdo con la regla del octeto, los átomos tienden a completar su capa de valencia con ocho electrones (o dos, en el caso de la primera capa) para alcanzar una configuración electrónica estable, similar a la de un gas noble.

Para el cloro, esto significa que necesita ganar un electrón más. Por esta razón, el átomo de cloro neutro tiene una fuerte tendencia a capturar un electrón y transformarse en un ion con carga negativa (un anión), conocido como ion cloruro (Cl^-). Este proceso se representa mediante la siguiente reacción: